Στο άρθρο μας θα εξετάσουμε τι είναι καθαρές ουσίες και μείγματα, μέθοδοι διαχωρισμού μειγμάτων. Ο καθένας μας τα χρησιμοποιεί στην καθημερινή ζωή. Υπάρχουν καθόλου καθαρές ουσίες στη φύση; Και πώς να τα ξεχωρίσετε από τα μείγματα;
Καθαρές ουσίες και μείγματα: τρόποι διαχωρισμού μειγμάτων
Καθαρές ουσίες είναι ουσίες που περιέχουν σωματίδια μόνο ενός συγκεκριμένου τύπου. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι πρακτικά δεν υπάρχουν στη φύση, αφού όλα τους, αν και σε αμελητέες αναλογίες, περιέχουν ακαθαρσίες. Απολύτως όλες οι ουσίες είναι επίσης διαλυτές στο νερό. Ακόμα κι αν, για παράδειγμα, ένας ασημένιος δακτύλιος βυθιστεί σε αυτό το υγρό, τα ιόντα αυτού του μετάλλου θα διαλυθούν.
Ένα σημάδι καθαρών ουσιών είναι η σταθερότητα της σύνθεσης και των φυσικών ιδιοτήτων. Κατά τη διαδικασία σχηματισμού τους, εμφανίζεται μια αλλαγή στην ποσότητα της ενέργειας. Επιπλέον, μπορεί να αυξηθεί και να μειωθεί. Μια καθαρή ουσία μπορεί να διαχωριστεί στα επιμέρους συστατικά της μόνο με μια χημική αντίδραση. Για παράδειγμα, μόνο το απεσταγμένο νερό έχει τυπικό σημείο βρασμού και πήξης για αυτήν την ουσία,έλλειψη γεύσης και οσμής. Και το οξυγόνο και το υδρογόνο του μπορούν να αποσυντεθούν μόνο με ηλεκτρόλυση.
Και σε τι διαφέρουν τα αδρανή τους από τις καθαρές ουσίες; Η χημεία θα μας βοηθήσει να απαντήσουμε σε αυτό το ερώτημα. Οι μέθοδοι διαχωρισμού των μειγμάτων είναι φυσικές, καθώς δεν οδηγούν σε αλλαγή της χημικής σύνθεσης των ουσιών. Σε αντίθεση με τις καθαρές ουσίες, τα μείγματα έχουν ποικίλη σύνθεση και ιδιότητες και μπορούν να διαχωριστούν με φυσικές μεθόδους.
Τι είναι ένα μείγμα
Ένα μείγμα είναι μια συλλογή μεμονωμένων ουσιών. Ένα παράδειγμα είναι το θαλασσινό νερό. Σε αντίθεση με το αποσταγμένο, έχει πικρή ή αλμυρή γεύση, βράζει σε υψηλότερη θερμοκρασία και παγώνει σε χαμηλότερη θερμοκρασία. Οι μέθοδοι διαχωρισμού μειγμάτων ουσιών είναι φυσικές. Έτσι, το καθαρό αλάτι μπορεί να ληφθεί από το θαλασσινό νερό με εξάτμιση και επακόλουθη κρυστάλλωση.
Τύποι μειγμάτων
Αν προσθέσετε ζάχαρη στο νερό, μετά από λίγο τα σωματίδια του θα διαλυθούν και θα γίνουν αόρατα. Ως αποτέλεσμα, δεν μπορούν να διακριθούν με γυμνό μάτι. Τέτοια μείγματα ονομάζονται ομοιογενή ή ομοιογενή. Ο αέρας, η βενζίνη, ο ζωμός, το άρωμα, το γλυκό και αλμυρό νερό και ένα κράμα χαλκού και αλουμινίου είναι επίσης παραδείγματα αυτών. Όπως μπορείτε να δείτε, τα ομοιογενή μείγματα μπορεί να βρίσκονται σε διαφορετικές καταστάσεις συσσωμάτωσης, αλλά τα υγρά είναι πιο κοινά. Ονομάζονται επίσης λύσεις.
Σε ετερογενή ή ετερογενή μείγματα, μπορούν να διακριθούν σωματίδια μεμονωμένων ουσιών. Χαρακτηριστικά παραδείγματα είναι ρινίσματα σιδήρου και ξύλου, άμμος και επιτραπέζιο αλάτι. Τα ετερογενή μείγματα ονομάζονται επίσης εναιωρήματα. Μεταξύ αυτών διακρίνονται τα εναιωρήματα και τα γαλακτώματα. Το πρώτο αποτελείται από ένα υγρό και ένα στερεό. Έτσι, ένα γαλάκτωμα είναι ένα μείγμα νερού και άμμου. Ένα γαλάκτωμα είναι ένας συνδυασμός δύο υγρών με διαφορετικές πυκνότητες.
Υπάρχουν ετερογενή μείγματα με ειδικές ονομασίες. Έτσι, ένα παράδειγμα αφρού είναι ο αφρός και τα αερολύματα περιλαμβάνουν ομίχλη, καπνό, αποσμητικά, αποσμητικά χώρου, αντιστατικούς παράγοντες.
Μέθοδοι διαχωρισμού μειγμάτων
Φυσικά, πολλά μείγματα έχουν πιο πολύτιμες ιδιότητες από μεμονωμένες μεμονωμένες ουσίες που τα αποτελούν. Αλλά και στην καθημερινή ζωή υπάρχουν καταστάσεις που πρέπει να χωριστούν. Και στη βιομηχανία, ολόκληρες βιομηχανίες βασίζονται σε αυτή τη διαδικασία. Για παράδειγμα, από το πετρέλαιο ως αποτέλεσμα της επεξεργασίας του, λαμβάνονται βενζίνη, πετρέλαιο εσωτερικής καύσης, κηροζίνη, μαζούτ, ηλιακό λάδι και λάδι μηχανής, καύσιμο πυραύλων, ακετυλένιο και βενζόλιο. Συμφωνώ, είναι πιο κερδοφόρο να χρησιμοποιείτε αυτά τα προϊόντα από το να καίτε λάδι χωρίς σκέψη.
Τώρα ας δούμε αν υπάρχει κάτι τέτοιο όπως χημικές μέθοδοι διαχωρισμού μειγμάτων. Ας υποθέσουμε ότι πρέπει να λάβουμε καθαρές ουσίες από ένα υδατικό διάλυμα αλατιού. Για να γίνει αυτό, το μείγμα πρέπει να θερμανθεί. Ως αποτέλεσμα, το νερό θα μετατραπεί σε ατμό και το αλάτι θα κρυσταλλωθεί. Ταυτόχρονα όμως δεν θα υπάρξει μετατροπή μιας ουσίας σε άλλη. Αυτό σημαίνει ότι η βάση αυτής της διαδικασίας είναι τα φυσικά φαινόμενα.
Οι μέθοδοι διαχωρισμού των μειγμάτων εξαρτώνται από την κατάσταση συσσωμάτωσης, την ικανότητα διάλυσης, τη διαφορά στο σημείο βρασμού, την πυκνότητα και τη σύνθεση των συστατικών του. Ας εξετάσουμε το καθένα από αυτά με περισσότερες λεπτομέρειες για συγκεκριμέναπαραδείγματα.
Φιλτράρισμα
Αυτή η μέθοδος διαχωρισμού είναι κατάλληλη για μείγματα που περιέχουν ένα υγρό και ένα αδιάλυτο στερεό. Για παράδειγμα, νερό και άμμος ποταμού. Αυτό το μείγμα πρέπει να περάσει από ένα φίλτρο. Ως αποτέλεσμα, καθαρό νερό θα περάσει ελεύθερα μέσα από αυτό και η άμμος θα παραμείνει.
Διακανονισμός
Ορισμένες μέθοδοι διαχωρισμού των μειγμάτων βασίζονται στη δράση της βαρύτητας. Έτσι τα εναιωρήματα και τα γαλακτώματα μπορούν να αποσυντεθούν σε καθαρές ουσίες. Εάν το φυτικό λάδι μπει στο νερό, το μείγμα πρέπει πρώτα να ανακινηθεί. Μετά αφήστε το για λίγο. Ως αποτέλεσμα, το νερό θα βρίσκεται στον πάτο του δοχείου και το λάδι θα το καλύψει με τη μορφή μεμβράνης.
Σε εργαστηριακές συνθήκες, χρησιμοποιείται διαχωριστική χοάνη για καθίζηση. Ως αποτέλεσμα της εργασίας του, το πιο πυκνό υγρό στραγγίζεται στο δοχείο, ενώ το ελαφρύ παραμένει.
Η καθίζηση χαρακτηρίζεται από χαμηλή ταχύτητα της διαδικασίας. Χρειάζεται συγκεκριμένο χρονικό διάστημα για να σχηματιστεί το ίζημα. Σε βιομηχανικές συνθήκες, αυτή η μέθοδος πραγματοποιείται σε ειδικές κατασκευές που ονομάζονται δεξαμενές καθίζησης.
Δράση με μαγνήτη
Αν το μείγμα περιέχει μέταλλο, μπορεί να διαχωριστεί με μαγνήτη. Για παράδειγμα, ξεχωριστά ρινίσματα σιδήρου και ξύλου. Έχουν όμως όλα τα μέταλλα αυτές τις ιδιότητες; Καθόλου. Για αυτή τη μέθοδο, είναι κατάλληλα μόνο μείγματα που περιέχουν σιδηρομαγνήτες. Εκτός από τον σίδηρο, αυτά περιλαμβάνουν νικέλιο, κοβάλτιο, γαδολίνιο, τέρβιο, δυσπρόσιο, χόλμιο, έρβιο.
Απόσταξη
Αυτός είναι ο τίτλος στομεταφρασμένο από τα λατινικά σημαίνει "στραγγίζοντας σταγόνες". Η απόσταξη είναι μια μέθοδος διαχωρισμού μειγμάτων με βάση τη διαφορά στα σημεία βρασμού των ουσιών. Έτσι, ακόμη και στο σπίτι, το αλκοόλ και το νερό μπορούν να διαχωριστούν. Η πρώτη ουσία αρχίζει να εξατμίζεται ήδη σε θερμοκρασία 78 βαθμών Κελσίου. Αγγίζοντας την κρύα επιφάνεια, οι ατμοί αλκοόλης συμπυκνώνονται και μετατρέπονται σε υγρή κατάσταση.
Στη βιομηχανία, τα προϊόντα διύλισης πετρελαίου, οι αρωματικές ουσίες, τα αγνά μέταλλα λαμβάνονται με αυτόν τον τρόπο.
Εξάτμιση και κρυστάλλωση
Αυτές οι μέθοδοι διαχωρισμού είναι κατάλληλες για υγρά διαλύματα. Οι ουσίες που συνθέτουν τη σύνθεσή τους διαφέρουν ως προς το σημείο βρασμού τους. Έτσι, είναι δυνατό να ληφθούν κρύσταλλοι αλατιού ή ζάχαρης από το νερό στο οποίο είναι διαλυμένα. Για να γίνει αυτό, τα διαλύματα θερμαίνονται και εξατμίζονται σε κορεσμένη κατάσταση. Σε αυτή την περίπτωση, οι κρύσταλλοι εναποτίθενται. Εάν είναι απαραίτητο να ληφθεί καθαρό νερό, τότε το διάλυμα φέρεται σε βρασμό και ακολουθεί συμπύκνωση των ατμών σε ψυχρότερη επιφάνεια.
Μέθοδοι διαχωρισμού αερίων μειγμάτων
Τα μείγματα αερίων διαχωρίζονται με εργαστηριακές και βιομηχανικές μεθόδους, καθώς αυτή η διαδικασία απαιτεί ειδικό εξοπλισμό. Η πρώτη ύλη φυσικής προέλευσης είναι ο αέρας, ο οπτάνθρακας, η γεννήτρια, το σχετικό και το φυσικό αέριο, που είναι ένας συνδυασμός υδρογονανθράκων.
Οι φυσικές μέθοδοι για τον διαχωρισμό μειγμάτων σε αέρια κατάσταση είναι οι εξής:
- Η συμπύκνωση είναι μια σταδιακή διαδικασίαψύξη του μείγματος, κατά την οποία συμβαίνει η συμπύκνωση των συστατικών του. Σε αυτή την περίπτωση, πρώτα απ 'όλα, οι ουσίες υψηλού βρασμού, οι οποίες συλλέγονται σε διαχωριστές, περνούν στην υγρή κατάσταση. Με αυτόν τον τρόπο, το υδρογόνο λαμβάνεται από το αέριο του φούρνου οπτάνθρακα και η αμμωνία διαχωρίζεται επίσης από το μέρος του μείγματος που δεν αντέδρασε.
- Ρόφηση είναι η απορρόφηση ορισμένων ουσιών από άλλες. Αυτή η διαδικασία έχει αντίθετα συστατικά, μεταξύ των οποίων επιτυγχάνεται ισορροπία κατά τη διάρκεια της αντίδρασης. Η μπροστινή και η αντίστροφη διαδικασία απαιτούν διαφορετικές συνθήκες. Στην πρώτη περίπτωση, πρόκειται για συνδυασμό υψηλής πίεσης και χαμηλής θερμοκρασίας. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται ρόφηση. Διαφορετικά, χρησιμοποιούνται οι αντίθετες συνθήκες: χαμηλή πίεση σε υψηλή θερμοκρασία.
- Ο διαχωρισμός μεμβράνης είναι μια μέθοδος κατά την οποία η ιδιότητα των ημιπερατών χωρισμάτων χρησιμοποιείται για την επιλεκτική διέλευση μορίων διαφόρων ουσιών.
- Παλινδρόμηση - η διαδικασία συμπύκνωσης μερών μειγμάτων με υψηλό σημείο βρασμού ως αποτέλεσμα της ψύξης τους. Σε αυτήν την περίπτωση, η θερμοκρασία μετάβασης στην υγρή κατάσταση των μεμονωμένων συστατικών θα πρέπει να διαφέρει σημαντικά.
Χρωματογραφία
Το όνομα αυτής της μεθόδου μπορεί να μεταφραστεί ως "Γράφω με χρώμα". Φανταστείτε ότι προστίθεται μελάνι στο νερό. Εάν χαμηλώσετε την άκρη του διηθητικού χαρτιού σε ένα τέτοιο μείγμα, θα αρχίσει να απορροφάται. Σε αυτή την περίπτωση, το νερό θα απορροφηθεί ταχύτερα από το μελάνι, γεγονός που σχετίζεται με διαφορετικό βαθμό ρόφησης αυτών των ουσιών. Η χρωματογραφία δεν είναι μόνο μια μέθοδος διαχωρισμού μειγμάτων, αλλά και μια μέθοδος για τη μελέτη ιδιοτήτων ουσιών όπως η διάχυση και η διαλυτότητα.
Γνωριστήκαμε λοιπόνμε έννοιες όπως «καθαρές ουσίες» και «μίγματα». Τα πρώτα είναι στοιχεία ή ενώσεις που αποτελούνται μόνο από σωματίδια συγκεκριμένου τύπου. Τα παράδειγμά τους είναι το αλάτι, η ζάχαρη, το απεσταγμένο νερό. Τα μείγματα είναι μια συλλογή μεμονωμένων ουσιών. Για τον διαχωρισμό τους χρησιμοποιούνται διάφορες μέθοδοι. Ο τρόπος διαχωρισμού τους εξαρτάται από τις φυσικές ιδιότητες των συστατικών του. Τα κυριότερα είναι η καθίζηση, η εξάτμιση, η κρυστάλλωση, η διήθηση, η απόσταξη, η μαγνήτιση και η χρωματογραφία.
